CH645048A5

CH645048A5 - Appareil pour l'agitation des metaux en fusion.

Info

Publication number: CH645048A5
Application number: CH361881A
Authority: CH
Inventors: David Austin Melford; Keith Richard Whittington
Original assignee: Ti Group Services Ltd
Priority date: 1980-06-05
Filing date: 1981-06-03
Publication date: 1984-09-14
Also published as: FR2483818A1; LU83414A1; JPS5711755A; JPS6026622B2; SE8103458L; IE811242L; US4479531A; HU180195B; FR2483818B1; CA1172421A; IT1209871B; DE3122156A1; SE8103459L; DE3122155A1; LU83415A1; PL231472A1; US4484615A; FR2483817A1; DE3122154A1; GR75273B

Description

L'invention se rapporte à l'agitation des métaux en fusion.

Lors de la coulée des métaux, par exemple de l'acier, suivant un processus de coulée en continu, l'acier en fusion est versé dans un moule en cuivre à refroidissement par eau, lequel détermine la forme, en coupe transversale, de la section à mouler qui émerge alors à partir du fond du moule, sous la forme d'une veine continue. Lorsque l'acier en fusion vient en contact avec le moule, il se solidifie pour former une peau qui s'épaissit progressivement lorsque la veine passe à travers le moule, jusqu'à l'extrémité inférieure du moule, une paroi s'édifiant et ayant une épaisseur suffisante pour contenir l'âme de la veine qui se trouve encore à l'état fondu. Après avoir quitté le moule, la veine est habituellement encore refroidie par des jets d'eau, de sorte que l'âme se refroidit progressivement et se solidifie à partir de sa surface extérieure, jusqu'à ce que la totalité de la veine se soit solidifiée.

Lorsqu'on laisse l'acier se solidifier dans des conditions normales, il se forme une structure hétérogène, dans laquelle des impuretés sont réparties de façon non aléatoire dans toute la veine et, de plus, la structure cristalline de la veine varie entre les zones externes, lesquelles sont soumises, durant le processus de solidification, à des gradients de température élevés, les zones internes demeurant soumises à des gradients de température relativement faibles.

Si l'on veut obtenir une structure homogène, il est souhaitable d'agiter le métal en fusion pendant toute la durée du processus de coulée. Il est bien connu d'agiter le métal fondu dans l'âme de la veine, au moyen de transducteurs électromagnétiques disposés autour de cette veine lorsqu'elle émerge du moule. Toutefois, en général, ces méthodes ne permettent pas d'agiter convenablement le métal dans la zone du moule, et les sections produites de cette manière présentent une discontinuité parfois désignée sous le nom de bande blanche.

Il est souhaitable de prévoir un certain mode d'agitation dans la zone elle-même du moule. On a tenté de réaliser une telle agitation en disposant des transducteurs électromagnétiques autour du moule. On s'est toutefois heurté, jusqu'à ce jour, à des difficultés en vue d'obtenir une agitation adéquate à l'intérieur du moule. Ces difficultés proviennent de la conductibilité électrique élevée du moule en cuivre, laquelle atténue sensiblement le champ magnétique; des problèmes se posent également dans le positionnement des transducteurs autour du moule du fait que, pour l'obtention d'un effet

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maximal, ils doivent être disposés dans l'enveloppe de refroidissement par eau du moule.

L'invention a pour objet un appareil pour l'agitation d'un métal en fusion dans un moule ouvert à sa partie supérieure, caractérisé en ce qu'il comprend un transducteur électromagnétique fixe se présentant sous la forme de boucles fermées formées par des barres en un matériau électriquement conducteur non ferromagnétique placé au-dessus du moule, chacune de ces boucles étant connectée à une phase différente d'une alimentation polyphasée en courant alternatif, l'ordre des boucles étant le même que l'ordre des phases, de façon que les champs magnétiques produits par les courants circulant dans les boucles entraînent la formation d'un champ magnétique mobile qui pénétre dans le moule.

De préférence, les conducteurs électriques sont en un matériau non ferromagnétique électriquement conducteur, par exemple en cuivre, et se présentent sous la forme de boucles fermées. Des courants d'intensité élevée sont produits dans ces boucles au moyen de bobines d'excitation qui peuvent ou bien être enroulées autour du conducteur, ou bien être connectées à celui-ci par des noyaux ferromagnétiques. Avantageusement, ces boucles sont formées par une paire d'anneaux coaxiaux connectés entre eux par une pluralité d'éléments de liaison. Les anneaux coaxiaux peuvent être dans un même plan, mais ils seront de préférence disposés les uns au-dessus des autres, auquel cas l'anneau inférieur peut être avantageusement formé par les parois du moule lui-même.

Suivant un autre aspect de l'invention, le transducteur électromagnétique peut être formé par une série de conducteurs électriques capables de transporter un courant d'intensité élevée, ces conducteurs étant disposés parallèlement ou sensiblement parallèlement entre eux et placés à distance au-dessus de la partie supérieure du moule, chacun de ces conducteurs étant connecté à une phase différente du réseau alternatif polyphasé, l'ordre des conducteurs étant le même que l'ordre des phases, de façon que les champs magnétiques produits par les courants circulant dans les conducteurs entraînent la formation d'un champ magnétique mobile linéaire. Ici encore, les conducteurs électriques sont de préférence fabriqués en des matériaux électriquement conducteurs non ferromagnétiques, par exemple en cuivre, sous la forme de boucles fermées, et des courants d'intensité élevée sont produits dans ces boucles, par l'intermédiaire de bobines d'excitation qui peuvent être soit enroulées autour du conducteur, soit connectées à celui-ci par des noyaux ferromagnétiques. Dans une forme d'exécution préférée de cet agitateur linéaire, une série de boucles fermées disposées parallèlement entre elles est agencée, ces boucles étant disposées de façon que chaque boucle se trouve dans un plan parallèle ou sensiblement parallèle à la surface du métal en fusion dans le moule. Ces boucles peuvent être soit individuelles, soit liées entre elles sous la forme d'une échelle.

Le champ magnétique produit par le transducteur ci-dessus décrit entraîne la formation de courants de Foucault dans le métal fondu contenu dans le moule; les champs produits par les courants de Foucault interfèrent avec le champ magnétique mobile, ce qui a pour effet que le métal fondu dans la partie supérieure du moule se déplace linéairement suivant des plans parallèles ou sensiblenemt parallèles à la surface du métal fondu dans le moule. Le déplacement produit dans le métal fondu, dans la partie supérieure du moule, est avantageusement parallèle aux parois opposées du moule. Le métal fondu, en atteignant l'extrémité du moule, se déplace vers le bas; il s'écoule alors dans la direction opposée au déplacement provoqué, dans la partie inférieure du moule, puis monte vers l'autre paroi, circulant ainsi à travers le moule. Cette forme d'agitateur est particulièrement appropriée pour des moules rectangulaires de forme allongée, tels que ceux utilisés pour la coulée en continu de l'aluminium.

Grâce à ce genre d'agitateur, le champ magnétique est formé symétriquement au-dessus et au-dessous des conducteurs et par conséquent, du fait que le métal fondu dans le moule est agité par le champ uniquement au-dessous des conducteurs, une partie importante du champ produit par les conducteurs n'est pas utilisée. Le rendement des agitateurs peut donc être amélioré en munissant les conducteurs de pièces polaires ferromagnétiques produisant un parcours de flux à faible réluctance, ce qui réduit les fuites de champ magnétique au-dessus des conducteurs et concentre le champ au-dessous des conducteurs.

Du fait que le champ magnétique produit par le transducteur pénètre dans le métal fondu dans le moule, par la partie supérieure ouverte du moule, et non pas par les parois de ce moule, le champ magnétique est relativement peu atténué, et des fréquences normales de réseau de 50 à 60 Hz peuvent en conséquence être utilisées, au lieu de faibles fréquences telles que celles requises avec des agitateurs disposés autour du moule. Le transducteur électromagnétique sera habituellement conçu de façon que, lorsque chacune des bobines d'excitation est connectée à une phase différente d'un réseau alternatif triphasé, il se produira dans les conducteurs un courant de plus de 10 000 A, pour une chute de tension d'environ 1 ou 2 V et une fréquence de 50 à 60 Hz.

Le dessin annexé représente schématiquement et à titre d'exemple plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.

Sur ce dessin:

la fig. 1 est une illustration schématique d'une forme d'exécution d'un transducteur électromagnétique pouvant être utilisé conformément à l'invention;

la fig. 2 représente le champ magnétique produit par l'anneau central sur la ligne II-II à la fig. 1, en un point donné dans le cycle d'alimentation en courant alternatif;

la fig. 3 est une illustration schématique d'un appareil de coulée en continu comprenant un transducteur électromagnétique;

les fig. 4, 5 et 6 représentent des variantes de transducteur électromagnétique pouvant être utilisées conformément à l'invention;

la fig. 7 représente un circuit destiné à convertir une alimentation en courant alternatif d'un réseau triphasé en un courant alternatif quadriphasé, en vue d'une utilisation conjointement avec le transducteur représenté à la fig. 6;

la fig. 8 représente une autre méthode d'accouplement des bobines d'excitation aux conducteurs, pouvant être utilisée dans l'une des formes d'exécution représentées aux fig. 3 à 6;

la fig. 9 illustre une variante de la forme d'exécution représentée à la fig. 5;

la fig. 10 représente une vue en coupe de l'appareil illustré à la fig. 9, le long de la ligne II-II;

la fig. 11 représente une vue, similaire à la fig. 9, d'une autre variante de la forme d'exécution illustrée à la fig. 5;

la fig. 12 est une vue en coupe partielle d'une variante d'une forme d'exécution telle que représentée aux fig. 9, 10 et 11 ;

la fig. 13 illustre une autre forme d'exécution de l'invention, particulièrement appropriée pour des moules allongés, et la fig. 14 est une vue, en coupe partielle, d'une variante de l'agitateur représenté à la fig. 13.

Le transducteur électromagnétique représenté à la fig. 1 comprend un anneau intérieur 10 et un anneau extérieur 11 formés par de fortes barres en cuivre, ces anneaux étant interconnectés en trois emplacements a, b, c et x, y, z par des barres de cuivre, respectivement 12,13 et 14. Des bobines toroïdales d'excitation 15,16 et 17 sont prévues sur les barres de cuivre 12,13 et 14, et chacune de ces bobines d'excitation 15,16 et 17 est connectée à une phase différente d'un réseau alternatif triphasé. Le passage du courant du réseau à travers les bobines d'excitation 15,16 et 17 produit des courants dans les barres de cuivre, respectivement 12, 13 et 14, l'intensité et le sens de ces courants étant fonction de l'emplacement dans le cycle du réseau triphasé. Suivant l'intensité et le sens des courants produits dans les barres 12,13 et 14, les courants résultants circuleront également dans au moins deux des secteurs ab, bc et ca de l'anneau intérieur 10, et des secteurs xy, yz, zx de l'anneau extérieur 11. On considère par exemple l'état où le courant, parcourant la bobine 15 connectée à la première phase du réseau, est à un maximum, les courants parcourant les bobines 16 et 17 connectées respectivement à la seconde et à la troisième phase du réseau se trouvant à la moitié de ce maximum. Dans ces conditions, le courant produit dans la

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barre 12 sera d'une valeur égale à i et circulera vers l'anneau intérieur 10, tandis que les courants produits dans les barres 13 et 14 auront pour valeur i/2 et circuleront à l'opposé de l'anneau 10. En raison de l'existence de courants induits dans les barres 12,13 et 14, des courants circuleront dans les boucles fermées abyx et aczx, comme représenté à la fig. 1, et aucun courant ne circulera dans les barres bc ou yz. Les courants dans les secteurs ab et ac de l'anneau intérieur 10 seront égaux et produiront des champs magnétiques autour de ces segments, comme représenté à la fig. 2. Du fait que les courants dans les secteurs ab et ac sont de même sens, les champs magnétiques produits dans l'anneau intérieur 10 s'annuleront sensiblement mutuellement; toutefois, les champs magnétiques au-dessus et au-dessous de l'anneau 10 se renforceront mutuellement et le champ magnétique résultant M se situera sensiblement parallèlement au plan de l'anneau 10 au-dessus et au-dessous de l'anneau 10, comme indiqué par les flèches à la fig. 2. Du fait des changements de phase du réseau, il y aura changement de répartition des courants dans les conducteurs, et le champ magnétique M produit par ces courants tournera autour de l'axe perpendiculaire au plan de l'anneau intérieur 10. Des champs magnétiques sont également produits par les courants circulant dans l'anneau extérieur 11 mais,

dans la pratique, ceux-ci se trouveront nettement à distance de la zone d'agitation et n'exerceront qu'une faible influence.

Utilisé dans un appareil de coulée en continu, le transducteur 9 (fig. 3) décrit en référence aux fig. 1 et 2 est disposé à proximité de la partie supérieure d'un moule en cuivre 20 à refroidissement par eau et coaxialement à ce moule 20, de façon que l'agitation se produise autour de l'axe longitudinal dudit moule 20. L'anneau intérieur 10 assure un espace libre suffisant pour faciliter l'écoulement du métal liquide 21 dans le moule, en provenance d'un trou de coulée, par l'intermédiaire d'une tuyère en céramique 22, comme représenté à la fig. 3. Le champ magnétique tournant M créé par le transducteur 9 produit un courant électrique dans le métal fondu 21, à l'intérieur du moule 20, courant qui, à son tour, crée un champ magnétique qui exerce une action sur le champ magnétique M produit par le transducteur 9. Cette action réciproque des champs magnétiques a pour effet que le métal fondu 21 dans le moule 20 tourne avec le champ magnétique M, autour de l'axe longitudinal du moule 20. Ce mouvement d'agitation a pour effet que les impuretés plus légères se trouvant dans l'acier fondu 21 sont centrifugées vers le centre du moule 20, et favorise en outre la formation d'une structure cristalline uniforme à l'intérieur du moule 20. Du fait qu'un champ magnétique M pénètre dans le moule 20 à travers l'extrémité ouverte de celui-ci, la conductibilité électrique élevée des parois en cuivre de ce moule 20 n'exerce aucun effet d'atténuation sur le champ magnétique M.

Le rendement du transducteur décrit en référence aux fig. 1 à 3 peut être augmenté en disposant l'anneau 11 au-dessous de l'anneau 10, comme représenté à la fig. 4. Dans ce mode de configuration, le champ magnétique M produit au-dessous de l'anneau supérieur 10 et celui produit au-dessus de l'anneau inférieur 11 se renforcent mutuellement en vue de produire un champ magnétique relativement élevé entre les anneaux 10 et 11. Grâce à cette configuration du transducteur, l'anneau supérieur 10 peut être fabriqué aux mêmes dimensions que l'ouverture du moule, de sorte que l'ouverture du moule 20 n'est pas obstruée. L'anneau inférieur 11 est légèrement plus grand que la dimension extérieure du moule 20, de sorte que le transducteur peut être disposé avec l'anneau 11 autour du bord supérieur du moule 20, et l'anneau 10 au-dessus du moule 20, mais très près de celui-ci. On obtient de cette manière une pénétration maximale du champ magnétique produit par les anneaux 10 et 11, à l'intérieur du moule 20.

Les transducteurs représentés aux fig. 3 et 4 sont disposés au-dessus du moule, au voisinage immédiat de sa partie supérieure, et il n'est pas nécessaire de redessiner le moule, ni de le modifier de quelque façon que ce soit. Ces transducteurs conviennent donc particulièrement bien pour la conversion de l'appareillage de coulée existant. Lorsque de nouveaux moules de coulée sont construits, le moule 20 lui-même peut être utilisé comme anneau inférieur 11, comme représenté à la fig. 5.

Les transducteurs précédemment décrits sont avantageusement formés d'une série de trois conducteurs qui sont excités sucessive-ment par un réseau alternatif triphasé. Cela convient en particulier pour des moules de section circulaire, mais peut être également utilisé pour des moules carrés ou rectangulaires tels que représentés à la fig. 5. Toutefois, étant donné que ce moule présente quatre côtés, il est possible, en pratique, d'adopter une disposition symétrique selon laquelle chaque paroi du moule 20 est connectée à l'anneau supérieur 10 par une barre de cuivre 12, 13, 14, 18, une bobine d'excitation 15, 16, 17,19 étant accouplée à chacune des barres 12,13,14,18, comme représenté à la fig. 6. Il est nécessaire, dans ce cas, d'avoir un courant alternatif quadriphasé au lieu de triphasé, le réseau alternatif triphasé normal pouvant être converti en une alimentation quadriphasée en utilisant un circuit tel que celui représenté à la fig. 7.

Il est bien entendu commode d'utiliser le réseau alternatif triphasé. On peut toutefois utiliser tout réseau alternatif polyphasé convenant à la section transversale du moule et aux autres exigences de construction.

Dans la forme d'exécution décrite en référence aux fig. 3 à 6, les bobines d'excitation sont enroulées autour des conducteurs en cuivre. Toutefois, ces conducteurs sont chauffés par la chaleur rayonnée provenant du métal fondu, ainsi que par le courant d'intensité élevée parcourant les conducteurs, si bien que les bobines d'excitation risquent d'être endommagées par suite d'une chaleur excessive. Comme représenté à la fig. 8, on peut remédier à cet inconvénient en prévoyant des conduits 30, au moins sur les parties 31 des conducteurs se trouvant à proximité des bobines d'excitation 32, conduits à travers lesquels circule un agent de refroidissement tel que l'eau, ou bien les bobines 32 elles-mêmes peuvent être refroidies par des moyens appropriés. On peut également réduire le risque de surchauffe des bobines en accouplant les bobines hélicoïdales 32 aux conducteurs 31, au moyen de noyaux magnétiques 33, comme représenté à la fig. 8. Ces noyaux ferromagnétiques 33 peuvent être avantageusement d'une construction du type feuilleté.

L'appareil pour la coulée en continu des métaux, représenté à la fig. 9, comprend un moule 110 délimité par quatre parois en cuivre 111 à 114 qui sont normalement entourées d'une enveloppe pour le refroidissement par eau du moule 110.

Le moule 110 est muni d'un agitateur magnétique 115, monté au-dessus de la partie supérieure ouverte du moule et créant un champ magnétique qui tourne autour de l'axe vertical de ce moule et pénètre vers le bas, à l'intérieur dudit moule. Ce mouvement d'agitation a pour effet que les impuretés plus légères dans le métal fondu sont centrifugées vers le centre du moule, et favorise en outre la formation d'une structure cristalline uniforme à l'intérieur du moule 110.

L'agitateur électromagnétique 115 comprend un anneau 116 de même section transversale que la périphérie du moule 110, monté coaxialement à ce moule et au-dessus de celui-ci. Les parois 117 à 120 de l'anneau 116 sont constituées par des barres de cuivre résistantes, de section carrée. Les côtés 117,118 et 119 de l'anneau 116 sont connectés aux parois adjacentes 111,112 et 113 du moule 110, au moyen d'éléments de liaison en cuivre 121,122 et 123. Des bobines toroïdales d'excitation 124,125 et 126 sont enroulées autour des éléments de liaison 121,122 et 123, chacune de ces bobines 124, 125 et 126 étant connectée à une phase différente d'un réseau alternatif triphasé, l'ordre des bobines 124, 125,126 étant le même que l'ordre des phases.

Cette construction forme une série de trois boucles fermées, la première étant définie par les parois 111 et 112 du moule 110, l'élément de liaison 122, les parois 118 et 117 de l'anneau 116 et l'élément de liaison 121 ; la seconde étant définie par la paroi 113 du moule 110, l'élément de liaison 123, le côté 119 de l'anneau 116 et l'élément de liaison 122, et la troisième étant définie par la paroi 114 du moule 110, l'élément de liaison 123, le côté 120 de l'anneau 116 et

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l'élément de liaison 121. Chacune des boucles est excitée par deux des bobines d'excitation 124, 125 et 126, la première boucle par les bobines 124 et 125, la seconde par des bobines 125 et 126, et la troisième par les bobines 126 et 124. Des courants sont induits dans les boucles par ces bobines d'excitation 124, 125 et 126, de manière à produire un champ magnétique qui tourne autour de l'axe vertical du moule 110 et pénètre vers le bas, dans le métal fondu, à l'intérieur du moule 110.

Le champ rotatif produit par l'agitateur électromagnétique 115 engendre des courants de Foucault dans le métal fondu à l'intérieur du moule 110, produisant à leur tour des champs magnétiques qui interfèrent avec le champ magnétique rotatif. Cette action mutuelle des champs magnétiques provoque la rotation du métal fondu dans le moule 110 autour de son axe vertical.

Une pièce polaire commune, sous la forme d'un anneau 127, en un matériau ferromagnétique, est montée sur la face supérieure de l'anneau 116, et trois autre pièces polaires 128, 129, 130, en un matériau ferromagnétique, sont montées sur la face inférieure de l'anneau 116, entre 116 et la partie supérieure du moule 110. Les pièces polaires 128, 129 et 130 sont connectées à l'anneau 127 par des plaques ferromagnétiques 131 à 134 appliquées contre les surfaces extérieures de l'anneau 116. Comme représenté à la fig. 10, les trois pièces polaires 128, 129 et 130 peuvent être fabriquées dans une seule plaque, les espaces entre les pièces polaires 128,129,130 étant remplis par des éléments d'insertion 135,136,137, ceux-ci étant en un matériau non ferromagnétique, par exemple en acier inoxydable. De cette façon, on obtient, sur la surface intérieure de l'agitateur, une surface continue empêchant les projections de métal fondu arrêtées dans les espaces, qui seraient ménagées autrement entre les pièces polaires 128,129 et 130. Egalement dans ce but, tout espace compris entre l'anneau 127, l'anneau 116, les pièces polaires 128, 129, 130 et la partie supérieure du moule 110 devrait être aussi comblé.

L'anneau ferromagnétique 127, les pièces polaires 128, 129, 130 et les plaques 131 à 134 permettent d'obtenir un parcours de flux à faible réluctance, ce qui réduit les fuites du champ magnétique au-dessus de la partie supérieure de l'anneau 116 et concentre le champ magnétique au-dessous de l'anneau 116. L'agencement des pièces polaires 128, 129,130 conduit en outre à une plus grande pénétration du champ dans le moule 110. L'utilisation de cette variante permet d'obtenir des améliorations de l'ordre de 50% d'augmentation de pénétration du champ dans le moule 110.

L'agitateur électromagnétique 115 précédemment décrit comprend une série de trois boucles, mais on a trouvé que le rendement de l'agitateur était amélioré en adoptant une disposition symétrique des pièces polaires 140 à 143 entre l'anneau en cuivre 116 et la partie supérieure du moule 110. Ces pièces polaires 140 à 143 peuvent, ici encore, être fabriquées sous la forme d'un anneau continu 144, des éléments d'insertion non ferromagnétiques 145 à 148 étant insérés entre les pièces polaires 140 à 143, comme représenté à la fig. 11.

On peut encore améliorer l'effet des pièces polaires ferromagnétique en fabriquant celles-ci, ainsi que les plaques de connexion ferromagnétiques 131 à 134, suivant une construction du type feuilleté, comme représenté à la fig. 12. Les bords exposés des plis 150 de ces pièces polaires feuilletées peuvent être protégés contre les projections de métal fondu au moyen de plaques de recouvrement en forme de canaux 115, en un matériau non ferromagnétique, par exemple en acier inoxydable.

L'appareil représenté à la fig. 13, approprié pour la coulée en continu de l'aluminium, comprend un moule en cuivre rectangulaire, de forme allongée 210, délimité par une paire de parois longitudinales 211 et une paire de parois terminales 212. Un transducteur électromagnétique 215 est monté à distance, au-dessus de la partie supérieure ouverte du moule en cuivre 210. Ce transducteur 215 est formé de barres de cuivre résistantes 218, 219 et se présente sous la forme d'une paire de boucles fermées 216 et 217, définies par une paire de barres 218 parallèles à la paroi longitudinale 211 du moule 210 et par trois barres transversales 219 parallèles aux parois terminales 212 du moule 210. Le transducteur 215 est disposé parallèlement à la partie supérieure du moule 210, de façon que les plans des boucles 216 et 217 soient sensiblement parallèles à la surface de l'aluminium fondu 213 dans le moule 210.

Des bobines toroïdales d'excitation 220, 221 et 222 sont enroulées sur les trois barres transversales et sont connectées chacune à une phase différente d'un réseau alternatif triphasé, l'ordre des bobines 220, 221 et 222 étant le même que l'ordre des phases. De cette manière, les courants passant par les bobines 220 et 221 produisent un courant dans la boucle fermée 216, et les courants passant par 221 et 222 produisent un courant dans la boucle fermée 217. Les bobines d'excitation 220, 221 et 222 sont telles que le réseau alternatif produira un courant de l'ordre de 12000 A, pour une chute de tension de l'ordre de 1 Y dans les boucles 216 et 217.

Si l'on considère un point spécifique dans le cycle du réseau triphasé, le courant induit dans la boucle 216 crée un champ magnétique dirigé vers le bas, à travers la boucle 216, et le courant induit dans la boucle 217, lequel est de sens opposé à celui de la boucle en 216, crée un champ magnétique dirigé vers le haut, à travers la boucle 217. La boucle 216 formera ainsi un pôle nord au-dessous de la boucle, et la boucle 217, un pôle sud au-dessous de la boucle. Au fur et à mesure que le cycle du réseau se poursuit, les courants dans les boucles 216 et 217 s'inversent, de sorte que le pôle au-dessous de la boucle 216 s'inverse du nord au sud, et que celui se trouvant au-dessous de la boucle 217 s'inverse du sud au nord, et ainsi de suite. Le transducteur 215 produit ainsi ce qui est effectivement un champ magnétique mobile linéaire.

Les champs magnétiques variables produits par les boucles 216 et 217 engendrent des courants de Foucault dans la couche superficielle d'aluminium fondu 213 dans le moule 210, ces courants de Foucault créant à leur tour des champs magnétiques. L'action mutuelle des champs magnétiques créés par les courants de Foucault et le champ magnétique formé par le transducteur 215 entraîne le déplacement de l'aluminium fondu 213, en même temps que le champ magnétique formé par le transducteur 215, dans le sens des flèches X, ce qui a pour effet que l'aluminium fondu 213 circule dans le moule 210.

Le transducteur électromagnétique 215 précédemment décrit produit des champs magnétiques égaux et opposés au-dessus et au-dessous de chacune des boucles 216 et 217. Du fait que seuls les champs au-dessous des boucles 216 et 217 provoquent le déplacement de l'aluminium fondu 213, le rendement global de cet agitateur se trouve limité. Le rendement de l'agitateur peut être sensiblement accru en incorporant des pièces polaires ferromagnétiques, comme représenté à la fig. 14.

A la fig. 14, les barres en cuivre 218 et 219 sont entourées par des pièces polaires ferromagnétiques 225, ces dernières ayant une section en forme de canal retourné et chevauchant les bords supérieurs et latéraux des barres 218, 219. Ces pièces polaires 225 forment un parcours à faible réluctance pour les champs magnétiques formés par les courants s'écoulant à travers les boucles 216 et 217 et réduisent ainsi sensiblement les pertes du champ magnétique au-dessus du transducteur 215 et concentrent ce champ magnétique au-dessous du transducteur 215, comme représenté à la fig. 14. Avantageusement, la pièce polaire ferromagnétique 225 peut être d'une construction du type multicouche. Lorsque des pièces multicouches sont utilisées, les extrémités exposées des couches sont avantageusement recouvertes d'une feuille en un matériau non magnétique, tel que l'acier inoxydable, en vue d'éviter les dommages résultant des projections du métal fondu 213 à partir du moule.

Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 14, on utilise un réseau alternatif diphasé, chaque boucle 216 et 217 ne présentant qu'une bobine toroidale d'excitation 226 et 227 enroulée autour des barres longitudinales 218. Bien entendu, il est commode d'utiliser un réseau alternatif triphasé. Toutefois, comme représenté à la fig. 14, on peut utiliser tout réseau polyphasé, en vue de se conformer au nombre de boucles fermées dans le transducteur. Le nombre de boucles fermées utilisées dépendra des dimensions du moule; il sera

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en même temps nécessaire, dans la plupart des applications, de laisser relativement libre l'accès à la partie supérieure du moule. Un agencement à double boucle, tel que représenté à la fig. 13, ou un agencement comportant un multiple de trois boucles, avec une seule bobine d'excitation par boucle, serait le plus approprié pour l'utilisa- 5 tion avec un réseau alternatif triphasé. Bien que l'invention ait été décrite en référence à la coulée des métaux en continu, elle peut être utilisée, de façon générale, pour l'agitation de métaux fondus dans un type quelconque de moule. En outre, bien que les transducteurs décrits soient particulièrement utilisés pour l'agitation de métaux io fondus dans des récipients ouverts munis de parois formées de matériaux de haute conductibilité électrique, ce qui atténuerait sensiblement un champ magnétique les traversant, ils peuvent être également utilisés pour agiter des métaux fondus dans des récipients ouverts ou fermés fabriqués en des matériaux de faible conductibilité is électrique ou non conducteurs. De plus, bien que les agitateurs linéaires décrits en référence aux fig. 13 et 14 conviennent en particulier pour l'emploi avec des moules rectangulaires allongés, tels que ceux couramment utilisés pour la coulée de l'aluminium en continu, ils peuvent être utilisés avec des moules de formes différentes et pour 20 l'agitation d'autres métaux.

Différentes variantes peuvent être apportées à la forme d'exécution ci-dessus décrite, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Par exemple, dans l'une des formes d'exécution où les bobines d'excitation sont décrites comme étant enroulées directement autour des 25 conducteurs en cuivre, il est nécessaire de prévoir une isolation appropriée et les bobines sont de préférence enroulées sur un noyau ferromagnétique de forme appropriée, par exemple de forme toroidale.

Lorsque quatre conducteurs 12,13,14,18 sont utilisés, comme dans le cas de la fig. 6, une variante à l'alimentation quadriphasée, représentée à la fig. 7, peut être utilisée, cette variante consistant à connecter les bobines 15 et 16 à la même phase d'un réseau triphasé, la bobine étant connectée en sens inverse par rapport à la bobine 16. De façon similaire, les bobines 17 et 19 sont connectées en sens inverse à la même des autres phases du réseau triphasé.

L'agencement représenté aux fig. 5 et 6, utilisant le moule lui-même comme anneau inférieur, peut être également utilisé sur des moules existants pour lesquels ce mode d'application se révèle commode.

A la fig. 5 ou 6, les barres de cuivre 12,13,14,18 peuvent être connectées à partir des coins du moule 20 soit vers les coins correspondants de l'anneau 10, soit vers les côtés de l'anneau 10.

Dans certaines formes d'exécution, il peut être avantageux de prévoir plus d'une bobine d'excitation 15, 16, 17, 18 par phase. Dans un tel agencement pour un réseau triphasé, six ou neuf bobines montées chacune sur une barre de cuivre correspondante sont disposées autour du moule 20 et de l'anneau 10, la première, quatrième, etc., bobine étant connectée à la première phase, la seconde, cinquième, etc., bobine étant connectée à la troisième phase. Un tel agencement peut être avantageux pour l'agitation dans un moule rectangulaire allongé, par exemple du type utilisé pour la coulée en continu de plaques, où il est prévu plus d'une tuyère en céramique 22 positionnée le long de l'axe longitudinal du moule, dans une zone de vitesse d'agitation relativement faible, afin de réduire l'érosion des tuyères 22.

R

6 feuilles dessins

Claims

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REVENDICATIONS

1. Appareil pour l'agitation d'un métal en fusion dans un moule ouvert à sa partie supérieure, caractérisé en ce qu'il comprend un transducteur électromagnétique fixe se présentant sous la forme de boucles fermées formées par des barres en un matériau électriquement conducteur non ferromagnétique placé au-dessus du moule, chacune de ces boucles étant connectée à une phase différente d'une alimentation polyphasée en courant alternatif, l'ordre des boucles étant le même que l'ordre des phases, de façon que les champs magnétiques produits par les courants circulant dans les boucles entraînent la formation d'un champ magnétique mobile qui pénètre dans le moule.
2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les boucles sont placées autour de l'axe vertical du moule, de façon que le champ magnétique résultant tourne autour de cet axe.
3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les boucles sont placées horizontalement au-dessus du moule et l'une au-dessus de l'autre, de façon à produire un champ magnétique mobile linéaire.
4. Appareil selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les boucles fermées sont couplées par induction à une source de courant multiphasé au moyen de bobines d'excitation.
5. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les boucles fermées sont formées par une paire d'anneaux coaxiaux interconnectés par au moins trois éléments de liaison, chaque élément étant connecté à une bobine d'excitation.
6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les anneaux sont disposés les uns au-dessus des autres.
7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'anneau supérieur du transducteur électromagnétique est disposé au-dessus de la partie supérieure du moule, et en ce que l'anneau inférieur entoure le bord supérieur du moule.
8. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les boucles fermées sont interconnectées sous la forme d'une échelle.
9. Appareil selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que des pièces polaires ferromagnétiques sont associées aux conducteurs en vue de fournir un parcours de flux d'une réluctance réduisant les pertes du champ magnétique au-dessus des conducteurs et concentrant ce champ au-dessous des conducteurs.
10. Appareil selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'une seule pièce polaire ferromagnétique commune, associée à toutes les boucles fermées du transducteur, est disposée au-dessus des conducteurs formant les boucles, et en ce qu'une série de pièces polaires individuelles, chacune étant associée à l'une des boucles, est disposée au-dessous des conducteurs formant les boucles, cette série de pièces polaires individuelles étant connectée à la pièce polaire commune par l'intermédiaire de plaques ferromagnétiques disposées à proximité du bord extérieur des conducteurs.
11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que les pièces polaires individuelles sont fabriquées dans une plaque unique, ces pièces polaires étant séparées les unes des autres par des pièces d'insertion non ferromagnétiques.
12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que les pièces d'insertion non ferromagnétiques sont en acier inoxydable.
13. Appareil selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que les pièces polaires individuelles sont disposées entre les deux anneaux.
14. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que les pièces polaires ferromagnétiques ont une section en forme de canal retourné, de façon qu'elles chevauchent les bords supérieurs et latéraux des barres non ferromagnétiques électriquement conductrices.
15. Appareil selon l'une des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que les pièces polaires ferromagnétiques sont d'une construction feuilletée.
16. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que les bords exposés des plis des pièces polaires feuilletées sont recouverts par des plaques en un matériau non ferromagnétique.
17. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que les plaques de recouvrement sont en acier inoxydable.
18. Appareil selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que le réseau de courant alternatif polyphasé a une fréquence de 50 à 60 Hz.
19. Appareil selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que l'intensité du courant dans les conducteurs est au moins de 10 000 A, pour une chute de tension de 1 à 2 V.
20. Appareillage comprenant un appareil selon l'une des revendications 1 à 19, un moule et un transducteur électromagnétique pour agiter le métal en fusion, caractérisé en ce que l'anneau inférieur du transducteur électromagnétique est formé par la paroi du moule.
21. Appareillage comprenant un appareil selon l'une des revendications 1 à 19, un moule et un transducteur électromagnétique pour agiter le métal en fusion, caractérisé en ce que l'anneau inférieur ou supérieur est de même configuration que la partie supérieure ouverte du moule.
22. Appareillage pour la coulée en continu, comprenant un moule et un appareil agitateur selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que l'appareil agitateur disposé au-dessus du moule est agencé de manière à produire un champ magnétique mobile pénétrant vers le bas à l'intérieur du moule.